NO180345B - Fremgangsmåter for papirliming - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåter for papirliming og vedrører spesielt liming av papir ved anvendelse av harpiks-baserte limingssammensetninger ved relativt høye pH-verdier.

Konvensjonelle fremgangsmåter for papirliming ved anvendelse av kolofonium, enten emulgerte eller forsåpte former, innbefatter separat tilsetting til én eller flere valgte steder i papirmaskinens våtparti av den kolofonium-baserte limingssammensetningen og et aluminiumssalt. Denne teknikken blir drevet tilfredsstillende ved pH-verdier som generelt ligger i området fra 4-6. Når pH-en er høyere enn omtrent 6, i betydelig grad, for eksempel når kalk blir tilsatt til papirmassen, blir liming ved hjelp av denne teknikken uberegnelig og veldig vanskelig å kontrollere. I lys av disse vanskelighetene, når det gjelder forsåk på å fremstille limt papir eller overflatelimt papir allerede fremstilt ved anvendelse av en pH-verdi over det normale 4-6-området, er det vanlig å ty til anvendelse av ikke-harpiks lim, så som de som er basert på alkylketendimerer.

Forsøk på å lime generelt ved nøytrale eller alkaliske pH-verdier eller å anvende spesifikke aluminiumsalter (f.eks. polyaluminiumklorid) i to-trinns-måten i nærvær av kalk, har bare gitt veldig dårlige resultater.

Det er også kjent at hvis en ett-trinns fremgangsmåte blir anvendt, dvs. en fremgangsmåte som omfatter anvendelse av et premiksharpiks og et aluminiumsalt, fremstilt i betraktelig tid før tilsetting av premiksen til maskinen, blir igjen bare rykkvis kontroll av limingen i et alkalisk miljø tilveiebragt. Slike ett-trinnssystemer, drevet slik at disse vanskelighetene blir unngått, er bl.a. beskrevet i vår EP-søknad A-0293119 og også i US-A-4333795.

Det er nå overraskende blitt oppdaget at hvis en premiks av et harpiksbasert lim og et aluminiumsalt blir fremstilt på en in-1ine-basis like før tilsetting av dette til papirmaskinen, blir mye bedre og mer kontrollert liming tilveiebragt med harpiks, når massen inneholder kalk. Foreliggende oppfinnelse er dermed basert på den uventede oppdagelsen som innbefatter at det oppstår andre omstendigheter hvis et premiks av harpikset og et aluminiumsalt blir fremstilt når, eller like før, det skal bli anvendt, sammenlignet med kjente fremgangsmåter hvor det blir fremstilt lenge før det skal bli anvendt.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å forbedre liming av papir inneholdende kalk som et fyllstoff hvorved et kolofoniumbasert eller harpiksbasert 1imingsmiddel og en aluminiumforbindelse tilsettes til papirfremstillingsmassen ved et valgt punkt i papirmaskin-våtenden, kjenne-tegnet ved at 1 imingsmiddelet i form av en emulsjon og aluminiumforbindelsen blir forblandet like før tilsetningen og at papirfremstillingsmassen inneholder kalk i en mengde som er tilstrekkelig for å danne en pH over 6.

Ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en preblandet papirlimingssammensetning, omfattende et kolofoniumbasert lim og en aluminiumforbindelse og som er egnet for anvendelse ved eller etter formulering av denne. Eventuelle, men foretrukne trekk av den foreslåtte fremgangsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse, kan innbefatte inkorporering av en høyere enn normal mengde av aluminiumsalt, en høyere enn normal mengde av harpiksbasert lim eller innbefatting av minst én polyelektrolytt i sammensetningen.

Ifølge et ytterligere foretrukket trekk i fremgangsmåten og sammensetningen ifølge oppfinnelsen, ligger vektforholdet mellom harpikslimet og aluminiumforbindelsen, anvendt for utførelse av fremgangsmåten og som dermed er tilstede i ett-trinns-sammensetningen, på tørrvektsbasis, på et forhold på 1:0,01 til 5. Ifølge et ytterligere foretrukket trekk ifølge oppfinnelsen, innbefatter ingrediensene som blir satt til våtdelen av papirmaskinen ved utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, enten i løpet av driften eller som en ett-trinns preblanding, minst et ureabasert fyllstoff.

Ifølge en foretrukket utførelsesformål ved oppfinnelsen, kan en pre-blandet harpiks-basert limingssammensetning for anvendelse til utførelse av foreliggende oppfinnelse inneholde, i tillegg til harpikset og aluminiumforbindelsen, en eller flere andre tilsetningsstoffer som er nyttige for fremstilling av papir, bl.a. for optimalisering av limings-funksjonen til den harpiksbaserte komponenten per se. Slike tilleggs- og eventuelle tilsetningsstoffer innbefatter kationiske og anioniske polyelektrolytter, og også kationiske stivelser. For eksempel kan pre-blandingen inneholde én eller flere kationiske og anioniske polyakrylamider, polyetylenimin, polydialkyldimetylammoniumklorid (DADMAC) eller polyamid/epiklorhydrinkondensator, samt dicyandiamid/formal-dehydkondensasj onsprodukter.

Ifølge et ytterligere trekk av oppfinnelsen, til tross for det faktum at pre-blandede ett-trinns-limingsprodukter, så som de som er tilgjengelige kommersielt, i form av produkter fremstilt og levert av kjemiske foretak, er vanskelig å anvende, spesielt ved nøytrale eller alkaliske pH-tilfeller, er det mulig ifølge et annet aspekt av oppfinnelsen å tilveiebringe modifikasjon av in-line blandingsteknikken angitt ovenfor, eventuelt ved tilsetting av ytterligere aluminiumsalt og/eller polymerer, slik at slike pre-blandede produkter også kan bli anvendt ifølge hovedtrekkene i foreliggende oppfinnelse, hvorved større kontroll og effektivitet blir tilveiebragt enn hva som tidligere har vært mulig når det gjelder slike ett-trinns-produkter.

For å utføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen rent praktisk, er det nødvendig å anvende en blandingsanordning for å kontrollere dispersjonsgraden av aluminiumsaltet og harpikslimet, som igjen påvirker fordelingen i papirfibrene, med optimalisering av limingseffektiviteten. Blandingsanord-ningen er fortrinnsvis tilknyttet våtenden av papirmaskinen og riktig anvendnelse av denne forsikrer at dispersjonen kontrollerer graden av agglomerasjon av fibrene i massen.

Ved utføring av oppfinnelsen kan den anvendte harpiksbaserte 1imkomponenten ved å bli formulert til en preblanding med en aluminiumforbindelse, være basert på harpiks eller har-piksmodifikasjoner, før omdanning til en stabil emulsjons-form. Dermed kan gummiharpiks, formaldehyd-behandlet gummiharpiks eller langoljeharpiks, fumarsyrebehandlet gummiharpiks eller langoljeharpiks, disproporsjonert harpiks, maleinanhydridbehandlet gummiharpiks eller gummilangoljehar-piks så som f orbindlesene eller en hvilken som helst kombinasjon av ubehandlet eller behandlet harpiks, så som forbindelsene som nevnt ovenfor bli anvendt. I tillegg kan estere eller delestere av hvilke som helst av de ovenfor nevnte formene av harpiksene, blandet med rettkjedede eller polyhydriske alkoholer også bli anvendt. En tredje mulighet er å anvende hvilken som helst hensiktsmessig blanding av hvilke som helst av de før nevnte ubehandlede eller be-handlede formene av harpiks, innbefattende disproporsjonert harpiks og lang oljeharpiks, sammen med hvilke osm helst, eller flere av estrene eller delestrene beskrevet ovenfor.

Som et ytterligere aspekt av oppfinnelsen er det mulig å anvende harpiksformige materialer forskjellig fra harpiks per se, eller kjemisk-modifiserte harpiksforbindelser. For eksempel kan hydrokarbonharpikser, både aromatiske og alifatiske varianter, bli anvendt når de er hensiktsmessig formulert, for å utføre papirfremstillingsfremgangsmåtene ifølge oppfinnelsen.

Paraffinvoks og mikrokrystallinsk voks kan bli anvendt sammen med hvilke som helst av de ovenfornevnte harpiks- eller harpiksbaserte typene av 1imingssammensetningene, hvori den spesielle anvendelsen av den ene eller andre mulige voksen, avhenger av egenskapene som kan være nødvendige i det eventuelle papirproduktet.

Videre kan hvilke som helst hensiktsmessige harpiksbaserte limingsemulsjon, avledet fra hvilke som helst, eller flere av de ovenfor nevnte materialene, innbefatte én eller flere fyllstoffer. Ureabaserte fyllstoffer kan for eksempel bli' anvendt. Slike fyllstoffer er for eksempel beskrevet i US-A-4022634, 43093779, 4141750, 4025354, 4437894 og 4605445. Den hensiktsmessige harpiksemulsjonen kan også bli utvidet med emulsjoner av alkylketendimerer, før eller etter preblanding med aluminiumforbindelse. Alkylketendimeremulsjonene kan bli stabilisert med enten kationisk stivelse eller anioniske polymerer.

Ifølge et annet aspekt av oppfinnelsen blir aluminiumforbindelsen inkorporert i ett-trinns-preblandingen eller ellers anvendt for utførelse av papirlimingsfremgangsmåtene ifølge foreliggende oppfinnelse, valgt fra polyaluminiumklorider, aluminiumklorhydrat, aluminiumsulfat (alun for papirfremstilling) og en hvilken som helst blanding av to eller flere av de ovenfor nevnte.

Ved utførelse av oppfinnelsen er det ønskelig å inkorporere i papir1imingssammensetningen fremstilt i en ett-trinns-form, minst ett stabiliserende middel, som kan være én eller flere overflateaktive midler, eller surfaktanter. Blandinger av stabiliserende midler eller surfaktanter kan så bli anvendt. Det eksisterer mange muligheter når det gjelder naturen til slike materialer, som kan være anioniske, ikke-ioniske, kationiske eller amfotære.

En spesiell klasse stabiliserende emulsjon innbefatter hovedsakelig en harpikssåpe og et beskyttende kolloid. Den harpiksbaserte komponenten, dvs. harpikssåpen, kan være en natrium, kalium eller ammoniumsåpe av harpiks eller av et modifisert harpiks, sammen med aminsalter av harpikser eller modifiserte harpikser, bl.a. aminsaltene dannet med mono-, di- eller trietanolamin. Disse stabiliserende midlene kan bli tilsatt separat eller dannet in situ ved fremstilling av den harpiks-baserte emulsjonsammensetningen. Kolloider som kan bli anvendt til å stabilisere det resulterende produktet, innbefatter kasein, stivelse, soyaprotein og cellulosederiva-ter, hvori den førstnevnte er den mest foretrukne, samt visse polymerer, så som polyvinylpyrrolidon og polyvinylalkohol (PVA). En foretrukket form av stabilisert emulsjon består hovedsakelig av kalium eller natriumsåpe av harpikset eller harpiksderivatet og kasein som det stabiliserende kolloidet.

Ifølge et annet trekk av oppfinnelsen, innbefatter de overflateaktive midlene eller surfaktantene som kan bli anvendt til formulering av sammensetningene ifølge denne oppfinnelsen: i) salter av sulfonsyrer med den generelle formel: hvor R' står for en hydrokarbonrest med fra 4-18 karbonatomer, m er et helt tall med en verdi på 1 eller 2, n er et helt tall med en verdi på 4 til 25, X står for et hydrogenatom eller en hydroksylgruppe og M står for et monovalent kation og ii) salter av svovelsyre-halvestere med den generelle formel:

hvori R^ står for et hydrogenatom eller en alkylgruppe med fra 1 til 4 karbonatomer, A står for en rettkjedet eller forgrenet kjede alkylengruppe med 2 eller 3 karbonatomer, p er et helt tall med en verdi på 4 til 25 og Q er et monovalent kation innbefattende alle forbindelsene beskrevet i US-A-4309388.

iii) alkyl-benzensulfonater hvori alkylsubstituenten omfatter fra 8 til 24 karbonatomer, innbefat-

tende alle forbindelsene beskrevet i US-A-4157982.

iv) sulfosuksinat-halvestere av styrket harpiks med

formelen:

hvori R er en forsterket harpikssyre trikarboksylatgruppe, m har en gjennomsnittlig verdi på 1,5 til 3 og n har en gjennomsnittlig verdi fra 4,5 til 25 innbefattende alle de som er beskrevet i EP-A-159794. v) forbindelser med den ene eller andre formelen: hvori R står for en alkylgruppe bestående av fra 4 til 18 karbonatomer, og R' står for en alkyl eller alkenylgruppe omfattende fra 4 til 18 karbonatomer og n er et helt tall med en verdi på 4 til 25, innbefattende alle de som er beskrevet i US-A-4199367. vi) sulfosuksinatsalter av etylenoksydkondensatet med den generelle formel:

hvori R står for en alkylgruppe omfattende fra 4 til 18 karbonatomer og n er et helt tall med en verdi på 4 til 25

innbefattende alle de forbindelsene som er beskrevet i US-A-4203776.

vii) organiske fosfatestere med den ene eller andre av den generelle formel:

og blandinger derav,

hvori R står for en alkyl eller en alkylfenol, alkenyl eller alkarylgruppe omfattende fra 5 til 20 karbonatomer, n har en verdi på fra 5 til 20 og X står for et monovalent kation eller hydrogen.

Kationisk harpiksdispergeringsmiddelsystemer kan også bli anvendt for å stabilisere kolofoniumdispersjonene ifølge denne oppfinnelsen. Eksempler på egnede materialer innbefatter vannoppløselige polyaminopolyamid/epiklorohydrinharpik-ser, vannoppløselige alkylen-polyamin/epiklorhydrinharpikser og poly(dially1amin)/epiklorhydrinharpikser.

For at foreliggende oppfinnelse blir fullstendig forstått, blir følgende eksempler som illustrerer anvendelse av papirlimingsfremgangsmåtene ifølge foreliggende oppfinnelse gitt. I alle eksemplene angir mengdene vektprosentdelene, hvis ikke annet er angitt. I eksempel 1, viser del A anvendelse av forbindelsen, mens del B viser anvendelsen ifølge tidligere teknikk.

EKSEMPEL 1

Del 1

En pilot Fourdrinier-papirmaskin ble anvendt, og som ble drevet for å fremstille papir på 85 g ved 16 kg pr. time fra bartre/løvtre-kraftsammensetning tilsatt 10% kalk.

Preblandinger av kolofoniumlimet og aluminiumsaltet ble laget ved anvendelse av en laboratorieblander, og ble målt like før strømningsboksen.

Følgende resutlater ble tilveiebragt:

Del B

For sammenligning med praksisen eksemplifisert i del A, ble ark laget ved anvendelse av kraftmasse inneholdende 10% kalk. Limet og PAC ble tilsatt separat til massen og holdt i 30 minutter før arkene ble laget.

Følgende resultater ble tilveiebragt:

EKSEMPEL 2

En kommersiell papirmaskin som fremstiller konvoluttpapir i en hastighet på 6,8 tonn pr. time med et kalkinnhold varierende fra 5,8 til 7,8 %, ble limt ved å pre-blande fritt harpikslim og alum og tilsetting av pre-blandingen til den fremre siden av innleggskassen til den tykke massen. Utløpet av kjøringen, var mengden av anvendt lim (tørrbasis) 0,45$ og mengden av alum som ble anvendt var 1, 93% (tørrbasis).

Med hensyn på eksempel 1 ovenfor, er det å bemerke at i del B viser Cobb-verdiene at arkene var nære ved metning. Med hensyn på de siste tre resultatene i del B i eksempel 1, ble dobbel mengde harpikslim med hensyn på prosent fast/fiber-basis anvendt, sammenlignet med de første tre, men dette ga en veldig liten forskjell på Cobb-verdiene tilveiebragt og ingen av de som ble tilveiebragt i del B kom i nærheten av de mye bedre resultatene når det gjelder nivå av liming oppnådd ved utførelse av oppfinnelsen, ifølge del A i eksempel 1. Et veldig tilfredsstillende område på limingen blir oppnådd i de to siste resultatene i eksempel 1, del A, spesielt, og i eksempel 2. I disse eksemplene betyr "som mottatt" i relasjon til polyaluminiumkloridet at det inneholder 10% A1203.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for å forbedre liming av papir inneholdende kalk som et fyllstoff hvorved et kolofoniumbasert eller harpiksbasert 1imingsmiddel og en aluminiumforbindelse tilsettes til papirfremstillingsmassen ved et valgt punkt i papirmaskin-våtenden, karakterisert ved at 1imingsmiddelet i form av en emulsjon og aluminiumforbindelsen blir forblandet like før tilsetningen og at papirfremstillingsmassen inneholder kalk i en mengde som er tilstrekkelig for å danne en pH over 6.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at aluminiumsforbindelsen er et polyaluminiumklorid eller et aluminiumklorhydrat.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at vektforholdet mellom limingsmiddelet og alu-miniumf orbindelsen på tørr basis ligger i området fra 1:0,01 til 1:5.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, karakterisert ved at for-blandingen innbefatter minst et urea-basert fyllstoff.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, karakterisert ved at for-blandingen omfatter et tilsetningsstoff som velges fra kationiske stivelser, kationiske og anioniske polyakrylamider, polyetylenimin, polydialkyl-dimetylammoniumklorid, polyamid/epiklorhydrinkondensater og dicyandiamid/for-maldehydkondensasjonsprodukter. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, karakterisert ved at limingsmid-let er basert på kolofonium eller en kolofoniumsmodifikasjon valgt fra gummikolofonium, formaldehydbehandlet gummikolofonium eller talloljekolofonium, fumarsyrebehandlet gummikolofonium eller talloljekolofonium, disproporsjonert kolofonium, maleinsyreanhydridbehandlet gummikolofonium eller talloljekolofonium, estere eller delestere av slik kolofonium eller kolofoniummodifikasjon med lineære eller polyhydriske alkoholer.